真情境、真实验为载体的沉浸式课堂研究——以“牛顿第三定律”课堂教学为例

陆 煜

上海理工大学附属中学，上海 200093

1 课堂教学方法和策略

物理核心素养是学生通过物理学习内化的心理特质，此心理特质决定了学生面对物理问题时的行为表现，学生经过一段时间的物理学习后，他们在物理学科能力方面有三个维度的表现［1］，即学习理解、应用实践和迁移创新（图1）。

图1 物理学科能力三维度表现

学习理解能力和应用实践能力相对基础，迁移创新能力则对学生提出了更高的要求，基于核心素养的物理学科能力培养目标，以库伯的体验学习圈理论为参考［2］，并结合“双新”对学生物理核心素养的培育要求，笔者设计了物理课堂学习圈（图2）。

图2 物理课堂学习圈

物理课堂以真情境、真实验为依托的四阶段沉浸式体验学习圈，包括学生首先通过亲身的参与产生感觉或感受（这种亲身的参与不局限于课堂即时体验，也可以是生活中的经历与所见所闻等），对亲身经历或观察现象进行分析、思考，通过由浅入深、从定性到定量的实验发现规律，并把结果进一步概括抽象成一般性结论，第三阶段学生要在新的情境中检验结论的正确性、合理性，同时把所学新的规律迁移到新的情境中进行应用。如果规律在解释新的问题中遇到问题，或者有新的发现和新的经历，新的循环又开始了。新的循环实际上就是下节新课的学习。下面就以“牛顿第三定律”课堂教学为例，在实践中思考如何把这个“学习圈”落实到课堂教学中去。

2 课堂教学实践

2.1 创设真实的情境提高学生学习内驱力

从“双新”落地生成的不同版本的新教材来看，对学生新学习内容的情境引入环节都来源于生活，以“牛顿第三定律”为例，图3 是教学流程图的设计，表1 是人教版、鲁科版和沪科版情境引入环节的比较。

表1 人教版、鲁科版、沪科版情境引入环节的比较

图3 教学流程图设计

这些情境都是学生在生活中曾经体验过的，或者是能够去亲身体验的，从真实情境中体验过就不难提出问题，进行深入思考，提高整节课学生的注意力，心理上有接受新知识的意愿。

由于很多学生初中接触过该部分内容，早就学过牛顿第三定律的相关内容，因此一些比较简单的实例可能不足以吸引大部分学生。结合“立德树人”的教育总方针，可以把我们国家发展中重大科学成果作为情境引入素材。笔者选择在情境引入环节中先让学生观看一段搭载神舟飞船的火箭升空的视频，神舟飞船离学生生活还是比较远的，所以为了拉近与学生生活间的距离，并增加趣味性。笔者事先制作了一架水火箭，当场演示自制水火箭升空。水火箭发射过程还是很震撼的，学生没有想到装有水的瓶子可以飞那么高，立刻被吸引住了，同时为课后利用课堂所学规律制作水火箭埋下伏笔。

有了真情境，教师就要利用好情境，通过设计由浅入深的问题链，调动学生学习的积极性，促进学生逻辑思维，最终完成学习目标（表2）。

表2 运用真情境引入教学的课堂实施

2.2 寻找生活中的实例，通过观察和实验得到定性的认识

学习总是由浅入深，从定性到定量，这样对物理规律的认识才是深刻的，是形成物理观念的必由之路。在这个过程中，我们用生活中真实的例子为情境，用身边随手可以拿到的材料进行真实验，用以前学过的物理知识进行分析，并通过分析、推理获得新的规律和结论。教师的作用是通过设计课堂活动去引导学生发现新的物理规律，具体课堂实施如表3所示。

表3 设计课堂活动引导学生发现规律的课堂实施

学生猜想作用力和反作用力方向在一条直线上，依据并不充分。在物理规律探索过程中质疑是必不可少的环节，提出质疑后要拿出更充分的证据去证明猜想的方向是否准确。所以，笔者对第三个演示实验进行改进（图4），让两个小磁针靠近，发现小磁针是“尖”对“尖”的，缓慢移动一个小磁针观察到小磁针始终是“尖”对“尖”，比较准确地反映出作用力与反作用力总是方向相反。

图4 两个小磁针靠近

2.3 通过分组学生实验，进行定量研究，用可靠的实验数据归纳出抽象物理规律

在学生假设的基础上，在教师引导下进行分组学生实验，寻找证据，来定量论证假设，这个环节中学生从视觉和经验的体验到亲自动手做实验，从“做”中去体验。如表4所示。

表4 学生分组实验的课堂实施

以上活动3 似乎已经可以归纳得到牛顿第三定律了，但是牛顿第三定律中有“总是”两个字，这是后续学生学习的难点。如汽车加速拉拖车时，汽车对拖车的作用力和拖车对汽车的作用力还相等吗？这个场景也是一个真实情境，学生容易产生一种直觉，就是汽车对拖车的力似乎大于拖车对汽车的力。到底怎么样？还是要用事实说话，要通过“真实验”数据说话，但是再用弹簧秤就不行了，不利于观察，不可能两个学生都在跑动中去读数，这个时候数字化系统就有用武之地了。如表5所示。

表5 运用数字化系统的课堂实施

从定性到定量，从传统实验到数字实验，学生以精确的实验数据为证据证实了之前的假设，并归纳出物理规律。

2.4 学以致用，体会物理规律对生产生活中所起的重要作用

用课堂所学知识去解释生产生活中一些物理现象，或者能够解决实际问题，既是一种对物理规律、概念本身的复习与更深入理解，也是一种学生对知识迁移及创新能力的培养，是今后持续学习过程中形成物理观念的关键。

教学中可以分成三个层次：（1）利用物理原理解释现象；（2）运用物理原理解决生产生活中的实际问题；（3）利用物理原理制作一个能体现物理本质或解决实际问题的装置，具体课堂实施如表6所示。

表6 运用牛顿第三定律的课堂实施

在本节课后，学生又会体验新的情境，如两辆车相撞过程中有什么规律？有没有守恒量？新的体验圈开始了……